工件坐标系的标定方法、装置及工件加工处理方法、装置

摘要

本发明实施方式公开了一种工件坐标系的标定方法，包括将工业机器人的工具坐标系原点分别运动至工业机器人的工件坐标系中不共线的任意三点，获得任意三点在工件坐标系中的工件坐标以及在工业机器人的基坐标系中的基坐标；根据任意三点的工件坐标以及基坐标分别获得三个工件坐标方向向量以及三个基坐标方向向量；根据三个工件坐标方向向量以及三个基坐标方向向量获得工件坐标系相对于基坐标系的齐次转换矩阵，以完成工件坐标系的标定。本发明实施方式还公开了一种工件坐标系的标定装置、工件加工处理的方法、装置。通过上述方式，本发明能够简易、快速实现工件坐标系的标定，可操作性强。

主权项

1.一种工件坐标系的标定方法，其特征在于，包括：将工业机器人的工具坐标系原点分别运动至工业机器人的工件坐标系中不共线的任意三点，获得所述任意三点在工件坐标系中的工件坐标以及在工业机器人的基坐标系中的基坐标，步骤具体包括：获得所述任意三点对应的工件坐标；获得所述工具坐标系T原点分别运动至任意三点时对应的工业机器人的法兰坐标系相对于基坐标系的齐次转换矩阵；根据所述法兰坐标系相对于基坐标系的齐次转换矩阵以及工具坐标系原点的坐标获得任意三点对应的基坐标；所述任意三点A₁、A₂、A₃对应的工件坐标具体如以下各式所示：P_U1＝[X_U1 Y_U1 Z_U1 1]^T，P_U2＝[X_U2 Y_U2 Z_U2 1]^T，P_U3＝[X_U3 Y_U3 Z_U3 1]^T，其中，P_U1、P_U2、P_U3分别为所述任意三点A₁、A₂、A₃对应的工件坐标；所述工具坐标系T原点分别运动至任意三点A₁、A₂、A₃时对应的工业机器人的法兰坐标系F相对于基坐标系R的齐次转换矩阵分别为所述任意三点A₁、A₂、A₃对应的基坐标具体如以下各式所示：$P_{R1}={}^{R}T_F^1*{{}^{F}T}_T*O={\left[\begin{array}{cccc}{X}_{R1}& Y_{R1}& Z_{R1}& 1\end{array}\right]}^T---\left(1\right),$$P_{R2}={}^{R}T_F^2*{{}^{F}T}_T*O={\left[\begin{array}{cccc}{X}_{R2}& Y_{R2}& Z_{R2}& 1\end{array}\right]}^T---\left(2\right),$$P_{R3}={}^{R}T_F^3*{{}^{F}T}_T*O={\left[\begin{array}{cccc}{X}_{R3}& Y_{R3}& Z_{R3}& 1\end{array}\right]}^T---\left(3\right),$其中，P_R1、P_R2、P_R3分别为所述任意三点A₁、A₂、A₃对应的基坐标，为所述工具坐标系T相对于法兰坐标系F的齐次转换矩阵，O为所述工具坐标系T原点的坐标，O＝[0 0 0 1]^T；根据所述任意三点的工件坐标以及基坐标分别获得三个工件坐标方向向量以及三个基坐标方向向量，步骤具体包括：将所述任意三点A₁、A₂、A₃中的两点A₂、A₃的工件坐标P_U2、P_U3分别减去另外一点A₁的工件坐标P_U1而获得第一工件坐标方向向量第二工件坐标方向向量具体如以下各式所示：$\overrightarrow{P_{U1}}=P_{U2}-P_{U1}={\left[\begin{array}{cccc}{X}_{U2}-X_{U1}& Y_{U2}-Y_{U1}& Z_{U2}-Z_{U1}& 0\end{array}\right]}^T---\left(4\right),$$\overrightarrow{P_{U2}}=P_{U3}-P_{U1}={\left[\begin{array}{cccc}{X}_{U3}-X_{U1}& Y_{U3}-Y_{U1}& Z_{U3}-Z_{U1}& 0\end{array}\right]}^T---\left(5\right);$将所述第一、第二工件坐标方向向量进行叉乘而获得第三工件坐标方向向量具体如下式所示：$\overrightarrow{P_{U3}}=\overrightarrow{P_{U1}}\times \overrightarrow{P_{U2}}---\left(6\right);$将所述任意三点A₁、A₂、A₃中的两点A₂、A₃的基坐标P_R2、P_R3分别减去另外一点A₁的基坐标P_R1而获得第一基坐标方向向量第二基坐标方向向量具体如以下各式所示：$\overrightarrow{P_{R1}}=P_{R2}-P_{R1}={\left[\begin{array}{cccc}{X}_{R2}-X_{R1}& Y_{R2}-Y_{R1}& Z_{R2}-Z_{R1}& 0\end{array}\right]}^T---\left(7\right),$$\overrightarrow{P_{R2}}=P_{R3}-P_{R1}={\left[\begin{array}{cccc}{X}_{R3}-X_{R1}& Y_{R3}-Y_{R1}& Z_{R3}-Z_{R1}& 0\end{array}\right]}^T---\left(8\right);$将所述第一、第二基坐标方向向量进行叉乘而获得第三基坐标方向向量具体如下式所示：$\overrightarrow{P_{R3}}=\overrightarrow{P_{R1}}\times \overrightarrow{P_{R2}}---\left(9\right);$根据所述三个工件坐标方向向量以及三个基坐标方向向量获得工件坐标系相对于基坐标系的齐次转换矩阵，以完成所述工件坐标系的标定，步骤具体包括：根据所述任意三点A₁、A₂、A₃对应的工件坐标P_U1、P_U2、P_U3与基坐标P_R1、P_R2、P_R3之间的关系获得以下各式：P_R1＝^RT_U*P_U1     (10)，P_R2＝^RT_U*P_U2     (11)，P_R3＝^RT_U*P_U3     (12)，其中，^RT_U为所述工件坐标系U相对于基坐标系R的齐次转换矩阵；根据所述公式(4)、(7)、(10)、(11)获得关于第一工件坐标方向向量与第一基坐标方向向量的公式(13)：$\overrightarrow{P_{R1}}={{}^{R}T}_U*\overrightarrow{P_{U1}}---\left(13\right);$根据所述公式(5)、(8)、(10)、(12)获得关于第二工件坐标方向向量与第二基坐标方向向量的公式(14)：$\overrightarrow{P_{R2}}={{}^{R}T}_U*\overrightarrow{P_{U2}}---\left(14\right);$根据所述公式(6)、(9)、(13)、(14)获得关于第三工件坐标方向向量与第三基坐标方向向量的公式(15)：$\overrightarrow{P_{R3}}=\overrightarrow{P_{R1}}\times \overrightarrow{P_{R2}}=\left({{}^{R}T}_U*\overrightarrow{P_{U1}}\right)\times \left({{}^{R}T}_U*\overrightarrow{P_{U2}}\right)={{}^{R}T}_U*\left(\overrightarrow{P_{U1}}\times \overrightarrow{P_{U2}}\right)={{}^{R}T}_U*\overrightarrow{P_{U3}}---\left(15\right);$根据所述公式(10)、(13)、(14)、(15)获得关于工件坐标矩阵与基坐标矩阵的公式(16)：N＝^RT_U*M     (16)，其中，M为所述三个工件坐标方向向量与任意三点中的一点A₁对应的工件坐标P_U1构成的工件坐标矩阵，N为所述三个基坐标方向向量与任意三点中的一点A₁对应的基坐标P_R1构成的基坐标矩阵，M、N具体如以下各式所示：$M=\left[\begin{array}{cccc}\overrightarrow{P_{U1}}& \overrightarrow{P_{U2}}& \overrightarrow{P_{U3}}& P_{U1}\end{array}\right]---\left(17\right),$$N=\left[\begin{array}{cccc}\overrightarrow{P_{R1}}& \overrightarrow{P_{R2}}& \overrightarrow{P_{R3}}& P_{R1}\end{array}\right]---\left(18\right);$根据所述公式(16)获得工件坐标系U相对于基坐标系R的齐次转换矩阵^RT_U，具体如下式所示：^RT_U＝N*M^-1     (19)，其中，M^-1表示M的逆矩阵。